Kekekalan Energi dan Keuntungan Mekanik

Contoh soal Misalkan ketinggian mula-mula batu adalah 3,0 m. Hitunglah kelajuan batu itu saat tepat menumbuk tanah Penyelesaian Dari Pers. 12, dan memilih indeks 1 sebagai posisi batu saat dilepas dan 2 sebagai posisi batu saat tepat mengenai tanah, kita dapatkan: 2 2 2 1 1 + = + mv mgh sehingga ms 7 7 m 3 ms 8 9 2 2 2 2 , , , gh v = × × = =

E. Pesawat Sederhana

Setiap orang menggunakan pesawat mesin setiap hari. Beberapa di antara pesawat-pesawat itu merupakan perangkat yang sederhana, seperti pembuka botol dan obeng, pengungkit, tuas; lainnya perangkat yang kompleks, seperti sepeda dan mobil. Pesawat, baik diberi tenaga oleh motor maupun tenaga manusia, membuat tugas kita menjadi lebih mudah. Pesawat memudahkan usaha dengan mengubah besar atau arah gaya, namun tidak mengubah usaha yang dilakukan.

1. Kekekalan Energi dan Keuntungan Mekanik

Anda perhatikan pembuka botol pada Gambar 9. Jika Anda menggunakan pembuka botol, Anda mengangkat pegangan, melakukan usaha pada pembuka botol itu. Pembuka itu mengangkat tutup botol, melakukan usaha padanya. Usaha yang Anda lakukan disebut usaha masukan, W i . Usaha yang dilakukan pesawat disebut usaha keluaran, W o . Gaya yang Anda kerahkan pada pesawat disebut gaya kuasa, F k . Gaya yang dikerahkan pesawat terhadap beban disebut gaya beban, F b . Perbandingan gaya beban terhadap gaya kuasa, F b F k , disebut keuntungan mekanik, KM, pesawat itu, atau: Gambar 9. Pembuka botol merupakan contoh pesawat sederhana. Alat ini mumudah kan kerja kita, namun tidak membuat usaha yang harus kita lakukan lebih kecil. PENDALAMAN MATERI ILMU PENGETAHUAN ALAM: FISIKA 279 k b F F KM = ...................................................... 14 Kita dapat menghitung keuntungan mekanik pesawat dengan menggunakan definisi usaha. Usaha masukan, W i , adalah hasil kali gaya kuasa, F k , dengan perpindahan tangan Anda, d k , k k i d F W = Usaha keluaran, W o , adalah hasil kali gaya beban, F b , dengan perpindahan beban tutup botol dalam Gambar 9, d b , b b o d F W = Untuk pesawat yang ideal, tidak ada gaya disipasi misalnya tidak ada energi yang diubah menjadi energi panas karena gesekan, sehingga b b k k o i d F d F W W = = Persamaan ini dapat ditulis ulang b k k b d d F F = Jadi untuk pesawat yang ideal kita dapat menentukan keuntungan mekanik ideal, KMI, yaitu b k d d KMI = ............................................. 15 Pada pesawat yang sebenarnya, tidak semua usaha masukan menjadi usaha keluaran sebagian menjadi energi panas. Efisiensi sebuah pesawat didefinisikan sebagai perbandingan usaha keluaran terhadap usaha masukan, atau W W efisiensi 100 i o × = ................................. 16a Untuk pesawat ideal, W o = W i , sehingga W o W i = 1, dan efisiensinya 100. Kita dapat pula menyatakan efisiensi ini dalam bentuk keuntungan mekanik. KMI KM efisiensi d d F F efisiensi 100 100 b k k b × = × = ..........................16b KMI sebuah pesawat ditentukan oleh rancangan pesawat itu. Pesawat yang efisien memiliki KM yang hampir sama dengan KMI.

2. Pesawat Sederhana dan Pesawat Gabungan